PPGEQ - Doutorado em Engenharia Química
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Navegando PPGEQ - Doutorado em Engenharia Química por Autor "Alves, José Luiz Francisco"
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Tese Geração de bioenergia com captura intríseca de CO2 via processo de iG-CLC em planta piloto contínua(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2024-07-15) Oliveira, Gislane Pinho de; Braga, Renata Martins; Adánez-rubio, Iñaki; https://orcid.org/0000-0002-6232-0945; http://lattes.cnpq.br/4603529162393328; http://lattes.cnpq.br/0670520594680554; Alves, José Luiz Francisco; Melo, Marcus Antônio de Freitas; Melo, Dulce Maria de AraújoO aumento contínuo das emissões de CO2 e seu efeito na intensificação do aquecimento global impõe a necessidade de ações colaborativas entre cientistas e governo a fim de implementar estratégias que visam reduzir as emissões de CO2. Dentre estas estratégias, se destacam tecnologias de captura e armazenamento de carbono que quando associadas ao uso de biocombustíveis podem atingir balanço negativo de emissões de CO2. A tecnologia de chemical looping (CL) é reconhecida como uma abordagem energeticamente eficiente para capturar e armazenar CO2 e que possui elevada maturidade tecnológica. Nestes processos, a busca por transportadores sólidos de oxigênio (TSO) de baixo custo é motivada pela perda de TSO incorrida quando biocombustíveis sólidos são empregados. A mistura de cinzas e TSO dentro do leito dificulta a recuperação do transportador e sua reutilização. Neste contexto, este estudo tem como objetivo a seleção, caracterização e avaliação do potencial energético de diferentes biomassas e avaliação da reatividade de materiais minerais de baixo custo como TSO para aplicação em processo de combustão com gaseificação in situ (iG-CLC) em uma planta piloto de CL com alimentação contínua (Technology readiness level - TRL 4). As biomassas foram caracterizadas por meio de análises imediata, elementar, termogravimétrica, pirólise flash analítica e determinação do poder calorífico. Os TSOs foram caracterizados utilizando técnicas de difração e fluorescência de raios X, microscopia eletrônica de varredura, determinação da dureza e da taxa de atrição; e as suas reatividades com CH4, H2 e CO foram avaliadas em termobalança de ciclos químicos a 900 °C e em um reator semicontínuo de leito fluidizado (RLF) a 850, 900 e 950 °C.A reatividade do TSO em processo de iG-CLC foi avaliada em RLF a 900°C com alimentação do carvão da biomassa selecionada e em planta piloto de 0,5 kWh com alimentação contínua da biomassa. A biomassa selecionada apresentou alto poder calorífico (18 MJ/kg), alto teor de matéria volátel + carbono fixo (67%) e cinzas com alto teor de K e Ca, que podem atuar catalisando as reações de gaseificação. Todos os TSOs apresentaram boa taxa de atrito e dureza, exceto o minério de manganês (Mn) e por isso foi submetido à calcinação. Dos 6 TSOs avaliados, os minérios de ferro (Fe2 e Fe3) e o minério de manganês calcinado a 1000°C (MnT1000) demonstraram atributos favoráveis como dureza adequada (>1 N), taxa mínima de atrição (<7%), boa capacidade de transporte de oxigênio (3,3%, 1,7% e 3,4%, respectivamente) e alta reatividade em termobalança. Também apresentaram excelente desempenho em RLF com CO e H2, sem aglomeração, boa taxa de reoxidação e vida útil variando de 3000 a 10500 horas. Notavelmente, devido ao excelente desempenho do MnT1000 com CO e H2, é um candidato promissor para aplicação em processo de iG-CLC. Os testes de iG-CLC em RLF indicam que uma razão oxigênio– biomassa acima de 30 promove combustão completa dos produtos da gaseificação, enquanto valores inferiores promovem a combustão incompleta. Os testes de iG-CLC em planta piloto contínua indicam que aumentar a temperatura do reator de combustível ou diminuir a razão oxigênio- biomassa aumenta a eficiência de captura de CO2 (>87%) e a eficiência de combustão (>85%) enquanto o excesso de oxigênio pouco influencia no processo. O MnT1000 se destacou como TSO de melhor performance por apresentar maior reatividade, alta performance, não sofrer aglomeração em nenhum dos testes, resistência à atrição, por ser de baixo custo e ambientalmente amigável. A aplicação de um TSO de baixo custo altamente reativo em processos de iG-CLC com alimentação de biomassa se destaca como uma alternativa energética eficaz para produzir energia com captura intrínseca de CO2 com balanço negativo de emissões de CO2.